Solvärme för ett privat hus: alternativ och designdiagram

Användningen av "grön" energi från naturliga element kan avsevärt minska kostnaderna för allmännyttan.Genom att till exempel ordna solvärme för ett privat hem kommer du att förse lågtemperaturradiatorer och golvvärmesystem med så gott som gratis kylvätska. Håller med, det här sparar redan pengar.

Du kommer att lära dig allt om "grön teknik" från vår föreslagna artikel. Med vår hjälp kan du enkelt förstå typerna av solcellsinstallationer, metoderna för deras konstruktion och detaljerna i driften. Du kommer förmodligen att vara intresserad av ett av de populära alternativen som aktivt arbetar i världen, men som ännu inte är efterfrågade här.

I recensionen som presenteras för din uppmärksamhet analyseras systemens designegenskaper och anslutningsdiagrammen beskrivs i detalj. Ett exempel på beräkning av en solvärmekrets ges för att bedöma verkligheten i dess konstruktion. För att hjälpa självständiga hantverkare ingår fotosamlingar och filmer.

"Grön" värmeteknik

Genomsnitt 1 m² Jordytan får 161 watt solenergi per timme. Naturligtvis kommer denna siffra vid ekvatorn att vara många gånger högre än i Arktis. Dessutom beror solstrålningens täthet på årstiden.

I Moskvaregionen skiljer sig intensiteten av solstrålningen i december-januari från maj-juli med mer än fem gånger. Men moderna system är så effektiva att de kan fungera nästan var som helst på jorden.

Moderna solsystem kan fungera effektivt i molnigt och kallt väder ner till -30°C

Användningsuppgift solstrålningsenergi med maximal effektivitet löses på två sätt: direktuppvärmning i termokollektorer och solcellsbatterier. Solpaneler omvandlar först energin från solens strålar till elektricitet och överför den sedan genom ett speciellt system till konsumenterna, till exempel en elpanna.

Termiska kollektorer, när de värms upp av solens strålar, värmer kylvätskan i värme- och varmvattenförsörjningssystem.

Termiska kollektorer finns i flera typer, inklusive öppna och slutna system, platta och sfäriska konstruktioner, halvsfäriska koncentratorkollektorer och många andra alternativ. Den termiska energin som erhålls från solfångare används för att värma varmvatten eller värmevätska.

Industrin producerar ett brett utbud av kollektorsystem för inkludering i ett oberoende värmenät. Men det enklaste alternativet för ett sommarboende är lätt att göra med dina egna händer:

Även om det har gjorts tydliga framsteg när det gäller att utveckla lösningar för att skörda, lagra och använda solenergi, finns det fördelar och nackdelar.

Effektiv användning av solenergi

Den mest uppenbara fördelen med att använda solenergi är dess universella tillgänglighet. Faktum är att även i det dystraste och molnigaste vädret kan solenergi samlas in och användas.

Den andra fördelen är noll utsläpp. Faktum är att det är den mest miljövänliga och naturliga energiformen. Solpaneler och samlare avger inget buller. I de flesta fall är de installerade på byggnadstak utan att uppta det användbara området i ett förortsområde.

Effektiviteten för solvärme på våra breddgrader är ganska låg, vilket förklaras av det otillräckliga antalet soliga dagar för regelbunden drift av systemet (+)

Nackdelarna med att använda solenergi är variationen i belysningen. På natten finns det inget att samla in, situationen förvärras av det faktum att uppvärmningssäsongens topp inträffar under årets kortaste dagsljus. Det är nödvändigt att övervaka panelernas optiska renhet; lätt förorening minskar effektiviteten kraftigt.

Dessutom kan man inte säga att driften av ett solenergisystem är helt gratis, det finns ständiga kostnader för utrustningsavskrivning, drift av cirkulationspump och styrelektronik.

En betydande nackdel med uppvärmning baserad på användningen av solfångare är bristen på förmåga att ackumulera värmeenergi. Endast expansionstanken (+) ingår i kretsen

Öppna solfångare

En öppen solfångare är ett system av rör, oskyddat från yttre påverkan, genom vilka kylvätska som värms upp direkt av solen cirkulerar.

Vatten, gas, luft och frostskyddsmedel används som kylmedel. Rören är antingen fästa på stödpanelen i form av en spole eller kopplade i parallella rader till utloppsröret.

Öppna solfångare klarar inte av uppvärmningen av ett privat hem. På grund av bristen på isolering kyls kylvätskan snabbt. De används på sommaren främst för att värma vatten i duschar eller simbassänger.

Öppna samlare har vanligtvis ingen isolering. Designen är mycket enkel, därför har den en låg kostnad och görs ofta självständigt.

På grund av bristen på isolering lagrar de praktiskt taget inte den energi som tas emot från solen och kännetecknas av låg effektivitet. De används främst på sommaren för att värma vatten i simbassänger eller sommarduschar.

Installerad i soliga och varma områden, med små temperaturskillnader i omgivande luft och uppvärmt vatten. De fungerar bara bra i soligt, vindstilla väder.

Den enklaste solfångaren med en kylfläns gjord av en spole av polymerrör kommer att ge tillförsel av uppvärmt vatten till dacha för bevattning och hushållsbehov

Rörformade samlarsorter

Rörformade solfångare är sammansatta av individuella rör genom vilka vatten, gas eller ånga strömmar. Detta är en av typerna av öppna solsystem. Men kylvätskan är redan mycket bättre skyddad från extern negativitet. Speciellt i vakuuminstallationer, designade enligt principen om termosar.

Varje rör är anslutet till systemet separat, parallellt med varandra. Om ett rör går sönder är det lätt att byta ut det mot ett nytt. Hela strukturen kan monteras direkt på byggnadens tak, vilket avsevärt förenklar installationen.

Den rörformiga uppsamlaren har en modulär struktur. Huvudelementet är ett vakuumrör; antalet rör varierar från 18 till 30, vilket gör att du kan välja systemets kraft exakt

En betydande fördel med rörformiga solfångare är den cylindriska formen på huvudelementen, tack vare vilken solstrålning fångas hela dagen utan användning av dyra system för att spåra armaturens rörelse.

En speciell flerskiktsbeläggning skapar en slags optisk fälla för solljus. Diagrammet visar delvis den yttre väggen av vakuumkolven som reflekterar strålar på väggarna i den inre kolven (+)

Baserat på utformningen av rören särskiljs fjäder- och koaxialsolfångare.

Koaxialröret är ett Diaurkärl eller en bekant termos. Tillverkad av två flaskor mellan vilka luft evakueras. En mycket selektiv beläggning appliceras på den inre ytan av den inre glödlampan, som effektivt absorberar solenergi.

Med ett cylindriskt rör faller solens strålar alltid vinkelrätt mot ytan

Termisk energi från det inre selektiva skiktet överförs till ett värmerör eller intern värmeväxlare gjord av aluminiumplåtar. I detta skede uppstår oönskad värmeförlust.

Fjäderröret är en glascylinder med en fjäderabsorbator insatt inuti.

Systemet har fått sitt namn från fjäderabsorbenten, som tätt virar runt en termisk kanal av värmeledande metall.

För bra värmeisolering har luften evakuerats från röret. Värmeöverföring från absorbatorn sker utan förlust, så effektiviteten hos fjäderrör är högre.

Enligt metoden för värmeöverföring finns det två system: direktflöde och med ett värmerör. Thermal tube är en förseglad behållare med en lätt avdunstande vätska.

Eftersom den lätt förångande vätskan naturligt flödar till botten av värmeröret är den minsta lutningsvinkeln 20°C

Inuti värmeröret finns en lätt avdunstande vätska som tar emot värme från kolvens innervägg eller från fjäderabsorbatorn. Under påverkan av temperaturen kokar vätskan och stiger i form av ånga. Efter att värmen har överförts till värme- eller varmvattenkylvätskan kondenserar ångan till vätska och rinner ner.

Vatten används ofta som en lätt avdunstande vätska vid lågt tryck. Ett engångssystem använder ett U-format rör genom vilket vatten eller värmevätska cirkulerar.

Ena halvan av det U-formade röret är avsett för kall kylvätska, den andra tar bort det uppvärmda. Vid uppvärmning expanderar kylvätskan och går in i lagringstanken, vilket ger naturlig cirkulation. Precis som med värmerörssystem måste den minsta lutningsvinkeln vara minst 20⁰.

Med en direktflödesanslutning kan trycket i systemet inte vara högt, eftersom det finns ett tekniskt vakuum inuti kolven

Direktflödessystem är mer effektiva eftersom de omedelbart värmer upp kylvätskan. Om solfångarsystem är planerade att användas året runt, pumpas speciell frostskyddsmedel in i dem.

Användningen av rörformiga solfångare har en rad fördelar och nackdelar. Designen av en rörformad solfångare består av identiska element som är relativt lätta att byta ut.

Fördelar:

• låg värmeförlust;
• förmåga att arbeta vid temperaturer ner till -30⁰С;
• effektiv prestanda under hela dagsljuset;
• bra prestanda i områden med tempererat och kallt klimat;
• låg vindstyrka, motiverad av rörformiga systems förmåga att passera luftmassor genom sig själva;
• möjlighet att producera kylvätska med hög temperatur.

Strukturellt har den rörformiga strukturen en begränsad öppningsyta.

Det har följande nackdelar:

• inte kan självrengöra från snö, is, frost;
• högt pris.

Trots den initiala höga kostnaden betalar rörformiga samlare för sig själva snabbare. De har en lång livslängd.

Rörfångare är solsystem av öppen typ och lämpar sig därför inte för användning året runt i värmesystem (+)

Platta slutna system

En plattsamlare består av en aluminiumram, ett speciellt absorberande skikt - en absorbator, en transparent beläggning, en rörledning och isolering.

Svartad plåtkoppar används som absorbator, som har idealisk värmeledningsförmåga för att skapa solsystem.När solenergi absorberas av en absorbator, överförs den solenergi som den tar emot till ett kylmedel som cirkulerar genom ett rörsystem intill absorbatorn.

På utsidan är den slutna panelen skyddad av en transparent beläggning. Den är gjord av stötsäkert härdat glas med ett transmissionsband på 0,4-1,8 mikron. Detta område står för den maximala solstrålningen. Stötsäkert glas ger bra skydd mot hagel. På baksidan är hela panelen tillförlitligt isolerad.

Platta solfångare kännetecknas av maximal prestanda och enkel design. Deras effektivitet ökar på grund av användningen av en absorbator. De kan fånga diffus och direkt solstrålning

Listan över fördelar med slutna platta paneler inkluderar:

• enkel design;
• bra prestanda i regioner med varmt klimat;
• förmågan att installera i vilken vinkel som helst med enheter för att ändra lutningsvinkeln;
• förmågan att självrengöra från snö och frost;
• lågt pris.

Platta solfångare är särskilt fördelaktiga om deras användning är planerad i designstadiet. Livslängden för kvalitetsprodukter är 50 år.

Nackdelarna inkluderar:

• hög värmeförlust;
• tung vikt;
• hög vindstyrka när panelerna är placerade i en vinkel mot horisontalplanet;
• prestandabegränsningar när temperaturförändringar överstiger 40°C.

Användningsområdet för slutna solfångare är mycket bredare än för solsystem av öppen typ. På sommaren kan de till fullo tillgodose behovet av varmvatten. På kalla dagar, när verktyg inte inkluderar dem i uppvärmningsperioden, kan de fungera istället för gas- och elvärmare.

För den som önskar göra en solfångare För att bygga ett värmesystem i din dacha med dina egna händer, föreslår vi att du bekantar dig med övningstestade diagram och steg-för-steg monteringsinstruktioner.

Jämförelse av solfångaregenskaper

Den viktigaste indikatorn på en solfångare är effektiviteten. Den användbara prestandan hos solfångare av olika design beror på temperaturskillnaden. Samtidigt är platta samlare mycket billigare än rörformade.

Verkningsgraden beror på solfångarens tillverkningskvalitet. Syftet med grafen är att visa effektiviteten av att använda olika system beroende på temperaturskillnaden

När du väljer en solfångare bör du vara uppmärksam på ett antal parametrar som visar enhetens effektivitet och kraft.

Det finns flera viktiga egenskaper för solfångare:

• adsorptionskoefficient - visar förhållandet mellan absorberad energi och total;
• emissionskoefficient - visar förhållandet mellan överförd energi och absorberad energi;
• total och öppningsarea;
• Effektivitet

Bländarområdet är arbetsområdet för solfångaren. En plattuppsamlare har en maximal öppningsarea. Bländarytan är lika med absorbatorarean.

Metoder för anslutning till värmesystemet

Eftersom solcellsdrivna enheter inte kan ge en stabil energiförsörjning dygnet runt behövs ett system som är motståndskraftigt mot dessa brister.

För centrala Ryssland kan solenergiapparater inte garantera ett stabilt energiflöde, så de används som ett extra system. Integrering i ett befintligt värme- och varmvattensystem är annorlunda för en solfångare och ett solbatteri.

Schema med vattenuppsamlare

Beroende på syftet med att använda värmeavtagaren används olika anslutningssystem. Det kan finnas flera alternativ:

1. Sommaralternativ för varmvattenförsörjning
2. Vinteralternativ för värme och varmvattenförsörjning

Sommaralternativet är det enklaste och kan göras även utan cirkulationspumpmed hjälp av naturlig vattencirkulation.

Vattnet värms upp i solfångaren och kommer på grund av termisk expansion in i ackumulatortanken eller pannan. I detta fall uppstår naturlig cirkulation: kallt vatten sugs ut ur tanken istället för varmt vatten.

På vintern, vid minusgrader, är direkt uppvärmning av vatten inte möjlig. Speciellt frostskyddsmedel cirkulerar genom en sluten krets, vilket säkerställer värmeöverföring från kollektorn till värmeväxlaren i tanken

Som alla system baserat på naturlig cirkulation fungerar det inte särskilt effektivt, vilket kräver överensstämmelse med de nödvändiga backarna. Dessutom måste lagringstanken vara högre än solfångaren. För att vattnet ska hålla sig varmt så länge som möjligt måste tanken vara ordentligt isolerad.

Om du verkligen vill uppnå den mest effektiva driften av solfångaren kommer anslutningsschemat att bli mer komplicerat.

För att förhindra att uppsamlaren förvandlas till en kylradiator på natten är det nödvändigt att stoppa vattencirkulationen med våld

Frostfri kylvätska cirkulerar genom solfångarsystemet. Forcerad cirkulation tillhandahålls av en pump som styrs av en regulator.

Regulatorn styr driften av cirkulationspumpen baserat på avläsningarna från minst två temperatursensorer. Den första sensorn mäter temperaturen i lagringstanken, den andra - på solfångarens heta kylvätsketillförselrör.

Så snart temperaturen i tanken överstiger kylvätskans temperatur, stänger regulatorn i kollektorn av cirkulationspumpen, vilket stoppar cirkulationen av kylvätska genom systemet. I sin tur, när temperaturen i ackumulatortanken sjunker under det inställda värdet, slås värmepannan på.

Ett nytt ord och ett effektivt alternativ till solfångare med kylvätska har blivit system med vakuumrör, principen för drift och design som vi föreslår att du bekantar dig med.

System med solbatteri

Det skulle vara frestande att tillämpa en liknande anslutningsschema för solbatteri till elnätet, vilket är implementerat i fallet med en solfångare, ackumulerar den energi som tas emot under dagen. Tyvärr, för strömförsörjningssystemet i ett privat hem, är det mycket dyrt att skapa ett batteripaket med tillräcklig kapacitet. Därför ser kopplingsschemat ut så här.

När effekten av den elektriska strömmen från solbatteriet minskar, säkerställer ATS-enheten (automatisk påslagning av en reserv) konsumenternas anslutning till det allmänna elnätet

Från solpanelerna tillförs laddningen till laddningsregulatorn, som utför flera funktioner: säkerställer konstant laddning av batterierna och stabiliserar spänningen. Därefter tillförs den elektriska strömmen till växelriktaren, där 12V eller 24V likström omvandlas till enfas växelström 220V.

Tyvärr är våra elnät inte lämpliga för att ta emot energi, de kan bara arbeta i en riktning från källa till konsument. Av denna anledning kommer du inte att kunna sälja den utvunna elen eller åtminstone få mätaren att snurra i motsatt riktning.

Användningen av solpaneler är fördelaktig genom att de ger en mer mångsidig energityp, men samtidigt kan de inte jämföras i effektivitet med solfångare. De senare har dock inte förmågan att lagra energi, till skillnad från solcellsbatterier.

Du hittar allt om alternativ för att organisera uppvärmning av ett privat hus med hjälp av solpaneler. I den här artikeln.

Exempel på beräkning av erforderlig effekt

När man beräknar den effekt som krävs för en solfångare görs ofta beräkningar av misstag utifrån den inkommande solenergin under årets kallaste månader.

Faktum är att under de återstående månaderna av året kommer hela systemet ständigt att överhettas. På sommaren kan temperaturen på kylvätskan vid solfångarens utlopp nå 200°C vid uppvärmning av ånga eller gas, 120°C för frostskyddsmedel, 150°C för vatten. Om kylvätskan kokar kommer den delvis att avdunsta. Som ett resultat kommer det att behöva bytas ut.

Tillverkare rekommenderar att man utgår från följande siffror:

• tillhandahållande av varmvattenförsörjning inte mer än 70%;
• tillhandahållande av värmesystemet inte mer än 30%.

Resten av den erforderliga värmen måste genereras av standardvärmeutrustning. Ändå, med sådana indikatorer, sparas i genomsnitt cirka 40% per år på uppvärmning och varmvattenförsörjning.

Effekten som genereras av ett rör i ett vakuumsystem beror på den geografiska platsen. Indikator för solenergi som faller per 1 m per år² av jorden kallas insolation.

Genom att känna till rörets längd och diameter kan du beräkna bländaren - det effektiva absorptionsområdet. Det återstår att tillämpa absorption och emissionskoefficienter för att beräkna effekten av ett rör per år.

Räkneexempel:

Standardrörlängden är 1800 mm, den effektiva längden är 1600 mm. Diameter 58 mm. Bländare är det skuggade området som skapas av röret. Således kommer området för skuggrektangeln att vara:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928 m²

Verkningsgraden för mittröret är 80%, solinstrålningen för Moskva är cirka 1170 kWh/m² i år. Således kommer ett rör att producera per år:

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86 kWh

Det bör noteras att detta är en mycket grov uppskattning. Mängden energi som genereras beror på installationens orientering, vinkel, genomsnittlig årstemperatur etc.

Med alla sorter alternativa energikällor och sätt att använda dem kan du hitta i den presenterade artikeln.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Video #1. Demonstration av driften av en solfångare på vintern:

Video #2. Jämförelse av olika modeller av solfångare:

Under hela sin existens förbrukar mänskligheten mer och mer energi varje år. Försök att använda fri solstrålning har gjorts under lång tid, men först nyligen har det blivit möjligt att effektivt använda solen på våra breddgrader. Det råder ingen tvekan om att solsystem är framtiden.

Vill du rapportera intressanta funktioner i att organisera solvärme för ett hus eller stuga på landet? Skriv gärna kommentarer i blocket nedan. Här kan du ställa en fråga, lämna ett foto som visar systemmonteringsprocessen och dela användbar information.